Utilizando modelos informáticos, los químicos de MIPT y Skoltech el Instituto de Ciencia y Tecnología de Skolkovo han descubierto qué moléculas pueden estar presentes en los interiores de Urano, Neptuno y los satélites helados de los planetas gigantes. Los científicos descubrieron que enAltas presiones, que son típicas de los interiores de tales planetas, se forman exóticos compuestos moleculares y poliméricos. Estos compuestos incluyen ácido carbónico y ácido ortocarbonico, este último también conocido como 'ácido de Hitler'.
Los resultados del estudio han sido publicados en la revista Informes científicos .
"Los gigantes gaseosos más pequeños, Urano y Neptuno, consisten principalmente en carbono, hidrógeno y oxígeno. Hemos encontrado que a una presión de varios millones de atmósferas se deben formar compuestos inesperados en sus interiores. Los núcleos de estos planetas pueden consistir en gran medidade estos materiales exóticos ", dice el Jefe de Laboratorio de Descubrimiento de Materiales Computacionales, Profesor Artem R. Oganov.
Un equipo dirigido por el profesor Oganov desarrolló el algoritmo más universal y poderoso del mundo para la estructura cristalina y la predicción compuesta: USPEX Universal Structure Predictor: Evolutionary Xtallography. En los últimos años, los científicos han utilizado este algoritmo para descubrir varias sustancias que son 'prohibido 'en química clásica y que puede ser estable a altas presiones. Estas incluyen una serie de variantes de sal previamente desconocidas - Na 3 Cl, NaCl 3 , NaCl 7 e incluso Na 3 Cl 2 y Na 4 Cl 3 , así como nuevos óxidos exóticos de magnesio, silicio y aluminio que pueden existir en el interior de las súper-Tierras.
Ahora Gabriele Saleh el primer autor de este estudio de MIPT y Oganov han decidido estudiar el comportamiento químico del sistema de carbono-hidrógeno-oxígeno a alta presión. "Este es un sistema extremadamente importante porque toda la química orgánica se basa en"Estos tres elementos, y hasta ahora no había sido del todo claro cómo se comportan bajo presiones y temperaturas extremas. Además, juegan un papel esencial en la química de los planetas gigantes", dice Oganov.
Los científicos sabían que, bajo presión atmosférica, todos los compuestos de carbono, hidrógeno y oxígeno, excepto el metano, el agua y el dióxido de carbono, son termodinámicamente inestables. Con un aumento de la presión, el agua y el dióxido de carbono permanecen estables, pero a presiones superioresEl metano de 93 gigapascales 0,93 millones de atmósferas comienza a descomponerse formando hidrocarburos pesados: etano, butano y polietileno. A una presión más baja, aproximadamente 4 GPa, el metano y el hidrógeno molecular interactúan, formando cocristales donde dos moléculas juntas creanuna estructura cristalina, y a 6 GPa, se forman hidratos - cristales de CO hechos de metano y agua - Para poner esto en contexto A, la presión en el fondo de la Fosa de las Marianas la parte más profunda de los océanos del mundo es 108.6 megapascales, que es mil veces menor
Oganov y Saleh asumieron la tarea de encontrar todos los compuestos estables en el rango de hasta 400 GPa alrededor de 4 millones de atmósferas y descubrieron varias sustancias nuevas, entre ellas un clatrato compuesto de inclusión, un tipo de co-cristalhidrógeno y metano 2CH 4 : 3H 2 , que es estable en el rango de presión 10-215 GPa.
Los científicos también encontraron que a una presión superior a 0.95 GPa aproximadamente 10,000 atmósferas, ácido carbónico H 2 CO 3 se vuelve termodinámicamente estable.Esto es muy inusual para una sustancia que es altamente inestable en condiciones normales: se necesitan ácidos fuertes para su síntesis y solo puede existir en el vacío a temperaturas muy bajas, escriben los autores.
Los interiores de los satélites helados de planetas gigantes, como en la luna Europa de Júpiter, tienen condiciones en las que podría formarse ácido carbónico. En el exterior están cubiertos por una gruesa capa de hielo, y debajo de esto hay un océano que rodea un rocosoSegún muchos científicos, la vida no se puede descartar en estos océanos.
"Anteriormente se pensaba que los océanos en estos satélites están en contacto directo con el núcleo rocoso y se produjo una reacción química entre ellos. Nuestro estudio muestra que el núcleo debe 'envolverse' en una capa de ácido carbónico cristalizado, quesignifica que una reacción entre el núcleo y el océano sería imposible ", dice Oganov.
Cuando la presión aumenta a 44 GPa, el ácido carbónico se convierte en un polímero que permanece estable al menos a 400 GPa. Además, a 314 GPa es posible una reacción exotérmica entre el ácido carbónico y el agua, lo que resulta en ácido ortocarbónico H 4 CO 4 .Los científicos aún no han podido producir este compuesto en laboratorios, ya que es extremadamente inestable.La estructura molecular del ácido ortocarbónico se asemeja a una esvástica, por lo que a veces se la conoce como 'ácido de Hitler'.
"Es posible que los núcleos de Neptuno y Urano puedan contener cantidades significativas de un polímero de ácido carbónico y ácido ortocarbonico", dice Oganov.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Física y Tecnología de Moscú . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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